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Membran



Eine Membran (von mittelhochdeutsch membrane "Pergament"; von lateinisch membrana "Häutchen" bzw. membrum "Körperglied") ist eine Trennschicht, eine dünne Haut.

 

Man unterscheidet zwischen Membranen, die zur Trennung von Stoffgemischen verwendet werden (semipermeable Membranen, Filtrationsmembranen, Trennmembranen, permselektive Membranen) und Membranen, die Schwingungen erzeugen oder modifizieren sollen (Schwingungsmembranen, Oszillationsmembranen) aber auch Membranen als Urelemente (Elementarteilchen) des Universums.

Eine Besonderheit der Membrane ist ihre Eigenschaft, unter einer Belastung nur Zugkräfte aufzunehmen und an ihre Ränder weitergeben zu können. Dieser Zustand einer Membran heißt auch Membranspannungszustand. Ein sehr schönes Beispiel für diesen Zustand liefert eine Seifenblase.

Inhaltsverzeichnis

Trennmembranen

Es gibt sie in der

Durchlässigkeit

Hinsichtlich der Diffusionseigenschaften unterscheidet man :

  • völlig undurchlässig, (impermeabel)
  • teilweise undurchlässig (semipermeabel oder besser: selektiv permeabel)
  • in einer Richtung durchlässig sein.
  • völlig durchlässig, (omnipermeabel)

Ohne semipermeable Membranen ist das Leben in seiner heutigen Form nicht denkbar, denn jede biologische Zelle ist von einer Membran umgeben und muss bestimmten Substanzen die Möglichkeit gewähren, die Membran zu passieren.

Künstliche Membranen für die Trenntechnik bestehen aus Polymeren (Polyethersulfon, Polyacrylnitril, Celluloseacetat oder dünnen Schichten aus Silicon auf einem Polymerträger) und werden zumeist durch Gießen dünner Filme hergestellt. Andere Herstellungsverfahren sind die Grenzflächenkondensation (aromatisches Polyamid auf Träger) oder die Kernspurätzung (Beschuss dünner Filme aus Polycarbonat mit schweren Teilchen eines Beschleunigers).

Der Trennvorgang beruht auf dem Transport durch Poren (Siebmechanismus, Ultrafiltration, Filtration), der unterschiedlichen Löslichkeit und Diffusion (Gastrennung, Dialyse, Pervaporation) oder Ladungsunterschieden (Elektrodialyse). Triebkräfte für den Transport sind Unterschiede des Druckes (Filtration), der Konzentration/chemischen Potentials(Dialyse), der Temperatur oder der Ladung.

Wichtige technische Anwendungen sind die Trinkwassergewinnung durch Umkehrosmose (weltweit etwa 7 Mio. Kubikmeter jährlich), Filtrationen in der Lebensmittelindustrie, die Rückgewinnung von organischen Dämpfen, z. B. Benzindampfrückgewinnung und die Elektrolyse zur Chlorgewinnung. Etwa 50 % des Marktes macht jedoch die Anwendung in der Medizin aus: Als künstliche Niere zur Entfernung giftiger Stoffe durch Blutwäsche und als künstliche Lunge durch blasenfreies Zuführen von Sauerstoff in das Blut.

Wichtigste Forschungszentren auf dem Gebiet der Stofftrennung mit Membranen sind in Europa das GKSS Forschungszentrum Geesthacht, die Universitäten Twente, Enschede und Calabrien und das Institut IEM UMR in Montpellier. Von dort wird auch das European Network of Excellence on Manoscale-based Membrane Technologie gesteuert.

Technische Membranen werden eingesetzt als Filtermembranen z. B. als Osmosemembran in der Hauswasserversorgung oder in der Pervaporation.

Schwingungsmembranen

Es gibt sie in der

  • Technik: Schwingungsmembran
  • Biologie: Biomembran

Im Falle der Schwingungseigenschaften kann eine Membran zur Erzeugung, Verstärkung, Aufnahme, Dämpfung oder Messung der Schwingung dienen. Die Anregung zu Membranschwingungen setzt voraus, dass eine andauernd einwirkende äußere Kraft vorhanden ist, die durch die Zugspannung durch eine Randeinspannung gegeben ist. Die Schwingungsanregung kann auf sehr unterschiedliche Weise erfolgen, etwa durch Auftreffen von Luftschall, z. B. Trommelfell, durch Aufschlagen mit einem Schlegel, etwa bei Membranophonen, oder auf elektrischem Wege, etwa durch Anregung einer Lautsprechermembran.

Solche schwingenden Membranen spielen in der Akustik auf zahlreichen Gebieten eine außerordentlich wichtige Rolle, so vorwiegend bei den elektroakustischen Wandlern, wo sie zur Umwandlung von mechanischer Schallenergie in elektrische Energie dienen, z. B. beim Mikrofon, oder umgekehrt zur Wandlung von elektrischer Energie in Schallenergie, z. B. beim Lautsprecher oder beim Kopfhörer, beim Hörvorgang, sowie bei bestimmten Musikinstrumenten, z. B. den Membranophonen.

Sowohl in der Biologie als auch in der Technik treten Membranen in den vielfältigsten Anwendungen und Funktionen auf.

Technische Schwingungsmembranen finden Verwendung als Schwingmembranen in Mikrofonen, Lautsprechern, Druckmessern, Pumpen, Musikinstrumenten etc.

Beispiele für Membranen

  • Basalmembran
  • Trommelfell
  • Nickhaut
  • Dialysemembran
  • Hymen

Siehe auch

  • Doppel-Membran – Wissenschaftler des GKSS-Forschungszentrums Geesthacht stellen neues Verfahren vor
 
Dieser Artikel basiert auf dem Artikel Membran aus der freien Enzyklopädie Wikipedia und steht unter der GNU-Lizenz für freie Dokumentation. In der Wikipedia ist eine Liste der Autoren verfügbar.
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